KR102420507B1 - 터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

터널 구조의 수소충전소를 형성함으로써 수소연료전지 차량의 터널 구조물의 내부 진입시 충전금액을 결제하고, 자동이동 방식으로 수소연료전지 차량을 이송시킴에 따라 연속적으로 수소연료전지 차량이 투입되어도 동시 수소 충전이 가능하며, 이에 따라 짧은 시간에 많은 수소연료전지 차량을 충전할 수 있고, 또한, 수소저장탱크를 지하에 설치하고 수소저장탱크 및 수소충전기의 온도와 습도를 자동 모니터링함으로써 수소충전소 구조물 전체에 대한 안전성을 확보할 수 있으며, 또한, 터널 구조물의 천정 상부는 복수의 벌집 구조를 적층한 구조로 충격완화부재를 설치함으로써 수소충전소의 폭발사고 발생시 일종의 스크린 방식으로 파편의 비산을 방지할 수 있는, 터널 구조의 수소충전소, 및 그 충전 방법이 제공된다.

Description

터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법 {HYDROGEN STATION OF TUNNEL STRUCTURE, AND CHARGING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 터널 구조로 시공되는 수소충전소에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다수의 수소연료전지 차량(또는 수소 차량)의 동시 수소 충전이 가능하도록 터널 구조물 형태로 시공되는 수소충전소 및 그 충전 방법에 관한 것이다.
최근, 이산화탄소 배출량을 억제하는 등 환경 문제에 대응하기 위하여, 연료전지 자동차나 수소 엔진 자동차 등 수소를 연료로 하는 수소연료전지 차량(또는 수소 차량)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 수소연료전지 차량은 차량에 수소를 저장하는 수소 연료탱크가 설치되고, 이러한 수소 연료탱크에 충전된 수소를 연료전지 등에 공급하여 구동력을 발생시킨다.
이러한 수소연료전지 차량의 보급을 촉진하기 위해서는, 주유소와 이 수소연료전지 차량에 수소를 안정적으로 충전하기 위한 수소충전소(Hydrogen Station)가 필수적인 인프라 설비로 부상하고 있다.
이때, 수소충전소의 안전을 위해 반드시 정비기술자에 의해 수소충전소의 설비에 대하여 정기적으로 점검 및 정비가 수행된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수소충전소를 예시하는 사진이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전하는 것을 예시하는 사진이다.
도 1에 종래의 기술에 따른 수소충전소(10)는 수소 저장탱크(11), 수소충전소 구조물(12), 수소충전기(13) 등을 포함하여 구성되고,
도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 차량(20)에 형성된 주입구(21)에 도 2의 b)에 도시된 바와 같이 수소충전기(13)의 수소충전호스(14)를 통해서 수소를 충전하게 된다.
수소 저장탱크(11)는 수소연료전지 차량(20)에 충전되는 수소를 저장하며, 수소충전기(13)의 수소충전호스(14)를 통해 수소연료전지 차량(20)에 수소를 충전하게 된다.
수소충전소 구조물(12)은 수소연료전지 차량(20)에 수소를 주입할 수 있도록 수소 연료탱크, 압축기, 냉각기, 밸브, 파이프 등의 수소충전소 설비로 구성되며, 이러한 수소충전소 구조물(12)은 안전을 위해 정해진 규격의 온도, 진동, 회전수, 유량, 압력, 전류 및 전압 등을 유지하여야 한다.
또한, 수소충전소 설비 내의 수많은 밸브, 압축기, 냉각기 등에 적절한 상태감지 센서들이 장착된다.
이러한 수소충전소 설비들의 온도, 진동, 회전수, 유량, 압력, 전류 및 전압 등을 감지하는 상태감지 센서들에 의해 실시간으로 측정된 설비상태 데이터들을 생성하고, 생성된 설비상태 데이터들을 디지털로 변환되어 관리된다.
한편, 관련기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-626855호에는 "풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조는,
내부에 축전지 및 이와 연결된 전기자동차 충전레일(41)이 설치되어 있는 터널구조로서,
충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광유닛을 가지며 상부가 태양열을 모으는 집열판(33a)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(33b)을 서로 결합하여 길게 형성된 터널벽(33c); 집열판(33a)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자가 연결된 전압제어기; 터널벽(33c) 외부 또는 상면에 설치된 지주(34)에 부착되어 있으며 바람에 의해 회전하는 다수 개의 프로펠러(35); 프로펠러(35)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기; 및 발전기에서 발생된 전기를 저장하는 축전지로 구성된다.
또한, 전기자동차 충전레일(41)은 자동차 도로 일측 또는 양측에 일정 길이의 측벽(40)을 설치하고, 상기 측벽(40)에 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부와 접촉하는 충전레일(41)이 설치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 터널벽(33c)은 상부가 태양열을 모으는 집열판(33a)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(33b)을 서로 결합시켜 길게 형성된다.
결합블록(33b)은 축전지 충전터널구조 상부에 서로 겹쳐서 길게 연속해 결합되어 터널벽(33c)을 이룰 수 있도록 끝단에 결합턱이 형성되어 있으면서 전기발생을 위한 집광유닛을 가지고, 결합턱에는 서로 포갠 후 볼트를 체결할 수 있도록 결합공이 형성되어 있다.
종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 경우, 충전도로상의 전기자동차 축전장치가 충전소에 들러 축전지를 충전시킬 필요 없이 전기자동차를 운행하면서 축전지를 충전시킬 수 있으므로 운전자가 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있고 축전지 충전시간을 절약할 수 있다.
또한, 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약하고 평소에 터널내에 전기를 저장해 두었다가 작업시나 기타 비상시에 이를 사용할 수 있다.
다시 말하면, 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 경우, 축전지 충전터널 구조에 있어서, 터널에서 풍력 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전하여 전기자동차를 전기 충전할 수 있고, 터널형 집광판 밑에 열전소자가 구비되며 도선을 통해 전기적으로 축전지를 충전하도록 구비되고, 축전지는 하우징 내부에 설치될 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2021-90059호에는 "수소가스 충전장치 및 수소가스 충전방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템은, 수소충전소에서는 트레일러 또는 수소수소 발생장치로부터 운송된 수소튜브로부터 수소를 공급받아 압축기를 통해 압축한 뒤 저장탱크(53)에 저장하고, 저장탱크(53)에 저장된 수소는 수소가스 충전장치(51)를 통해 연료전지 차량(52)에 충전된다.
여기서, 저장탱크(53)는 복수개의 저장탱크(53a, 53b)를 포함할 수 있다. 복수개의 저장탱크(53a, 53b)는 각각 다른 압력의 저장 탱크일 수 있다.
예를 들면, 복수개의 저장탱크(53a, 53b)는 저압 저장탱크, 중압 저장탱크 또는 고압 저장탱크를 포함할 수 있다.
또한, 수소를 압축하는 압축기는 각각의 저장탱크(53a, 53b)의 압력이 해당 저장탱크의 기준 압력을 유지하도록 주기적으로 압축 과정을 수행한다.
한편, 수소가스 충전장치(51)와 연료전지 차량(52)은 소정의 통신방식에 따라 서로 통신할 수 있다.
수소가스 충전장치(51)는 연료 전지 차량(52)으로부터 수소탱크의 압력과 온도를 제공받아 안전한 수소 충전을 위한 파라미터로 사용한다.
이때, 수소 충전기는 적외선 수신기를 구비하고, 연료전지 차량(52)은 적외선 송신기를 구비한다.
또한, 수소가스 충전장치(51)는 유량계를 구비하여 유량변화를 확인할 수 있다. 즉, 저장탱크(53)에서 연료전지 차량(52)의 수소탱크로 수소가 이동하는지 확인할 수 있다. 즉, 연료전지 차량(52)의 수소탱크에 수소가 충전되고 있는지 확인할 수 있다.
종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템에 따르면, 차량의 탱크의 온도 및 탱크의 수소 충전량에 따라 수소 충전 속도를 제어하여 차량의 탱크에 수소가 효율적으로 충전됨에 따라, 사용자는 차량이 수소 충전에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-2012885호에는 "수소 충전용 호스"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 기술에 따른 수소 스테이션에 설치된 디스펜서와 수소 충전용 호스를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 수소 충전용 호스(71)가 수소 스테이션에 설치되는 디스펜서(63)에 장비되는 경우, 수소 충전용 호스 양단에 호스 쇠장식(62)이 스웨이징되어 부착된다. 이러한 수소 충전용 호스(71)를 통해 디스펜서(63)로부터 차량(61)으로 저온에서 고압의 수소(H)가 공급 및 충전된다.
수소 충전용 호스(71) 내주 측으로부터 순서대로 내면층(72), 보강층(73)(제1 섬유 블레이드층(73a), 제2 섬유 블레이드층(73b), 와이어 블레이드층(73c)), 외면층(74)이 동축상으로 적층된 구조로 되어 있다. 여기서, 일점쇄선(CL)은 호스 축심을 나타낸다.
이러한 수소 충전용 호스(71)의 경우, 내면층(72)이, 수소 가스 배리어성이 양호한 열가소성 수지에 의해 형성되기 때문에, 뛰어난 내수소 가스 투과성을 얻을 수 있다.
즉, 수소 충전용 호스(71)를 흐르는 수소(H)가 내면층(72)에 의해 충분히 차단되기 때문에, 내면층(72)의 외주 측에 투과하는 수소(H)의 양을 저감시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 수소 충전용 호스에 따르면, 쇠장식을 스웨이징하는 부분에서의 보강층의 어긋남 및 내압에 의한 치수 변화를 억제하면서 내압성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 수소충전소에서 연속 충전 가능한 차량의 숫자는 20대 미만으로 제한적이고, 또한, 기존의 수소충전기 위치 방식으로 터널식 충전시스템 구성시 수소충전호스의 길이가 상당히 길어져 가스 누출의 위험이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 평지에 노출되어 폭발사고 발생시 파편의 비산 등으로 인해 주변 건물 및 보행자에 피해가 발생할 우려가 높다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 수소충전소의 경우, 수소저장탱크를 지상에 위치하도록 설치됨에 따라 주변 민원제기의 우려가 있고, 미관상 좋지 않다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-626855호(등록일: 2006년 9월 14일), 발명의 명칭: "풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1590344호(등록일: 2016년 1월 26일), 발명의 명칭: "도로터널의 화재 소화장치" 대한민국 등록특허번호 제10-2012885호(등록일: 2019년 8월 14일), 발명의 명칭: "수소 충전용 호스" 대한민국 공개특허번호 제2019-135698호(공개일: 2019년 12월 9일), 발명의 명칭: "수소충전소의 수소 냉각 시스템 및 방법" 대한민국 공개특허번호 제2013-81896호(공개일: 2013년 7월 18일), 발명의 명칭: "고속 철도 터널에서 발생되는 미기압파 저감을 위한 기계 공진형 주기적 터널 벽체 구조" 대한민국 공개특허번호 제2021-90059호(공개일: 2021년 7월 19일), 발명의 명칭: "수소가스 충전장치 및 수소가스 충전방법" 대한민국 공개특허번호 제2012-13492호(공개일: 2012년 2월 15일), 발명의 명칭: "수소연료전지 자동차"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 터널 구조의 수소충전소를 형성함으로써 수소연료전지 차량의 터널 구조물의 내부 진입시 충전금액을 결제하고, 자동이동 방식으로 수소연료전지 차량을 이송시킴에 따라 연속적으로 수소연료전지 차량이 투입되어도 동시 수소 충전이 가능한, 터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 수소저장탱크를 지하에 설치함하고 수소저장탱크 및 수소충전기의 온도와 습도를 자동 모니터링함으로써 수소충전소 구조물 전체에 대한 안전성을 확보할 수 있는, 터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 터널 구조물의 천정 상부는 복수의 벌집 구조를 적층한 구조로 충격완화부재를 설치함으로써 수소충전소의 폭발사고 발생시 일종의 스크린 방식으로 파편의 비산을 방지할 수 있는, 터널 구조의 수소충전소 및 그 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 터널 구조의 수소충전소는, 수소충전소를 설치하기 위한 설치 부지에 형성된 지하공간 또는 지하실에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크; 다수의 수소연료전지 차량이 진입 및 진출할 수 있도록 상기 지하실의 상부에 시공되며, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 터널 구조물; 상기 수소연료전지 차량을 이송시키도록 상기 터널 구조물의 내부 바닥면에 설치되는 컨베이어; 상기 터널 구조물 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량에 수소를 충전하는 수소충전기; 상기 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기로부터 인출되는 수소충전호스; 및 상기 수소 저장탱크 및 수소충전기 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크에 저장된 수소를 상기 수소충전기에 공급하는 수소공급배관을 포함하되, 상기 수소연료전지 차량은 상기 터널 구조물을 드라이브 스루 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며,
터널 구조의 수소충전소에 수소충전소의 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 감지하고, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 자동 모니터링하는 사용자 단말이 포함되어, 수소 저장탱크는 1일 수소 충전량 및 보유량을 무선으로 상기 사용자 단말에게 전송하고, 상기 사용자 단말은 상기 수소 저장탱크의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문하는 것을 특징으로 하도록 하게 된다.
여기서, 상기 수소 충전기는 상기 터널 구조물의 내측 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수소충전호스는 정전기 방지섬유와 탄소섬유로 구성되며, 상기 수소연료전지 차량의 수소충전 완료시 상기 수소충전기로 자동으로 회수될 수 있다.
본 발명에 따른 터널 구조의 수소충전소는, 상기 수소연료전지 차량이 터널 구조의 수소충전소 진입시 결제카드에 의해 자동결제가 이루어지도록 상기 수소연료전지 차량이 진입하는 터널 구조의 수소충전소 전면에 설치되는 수소충전 결제단말을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 터널 구조물은 내측 벽체에 이산화탄소를 자동 분출하는 소화장치가 설치됨으로써 폭발로 인한 화재를 즉각적으로 소화할 수 있다.
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여기서, 상기 터널 구조물은 상부에 벌집 구조의 충격흡수부재를 적층 설치함으로써, 수소충전소 내 폭발사고 발생시 벌집 구조의 충격흡수부재에 의해 폭발 충격을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
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한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법은, 수소충전소를 설치하기 위한 설치 부지에 형성된 지하공간 또는 지하실(A)에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크를 이용한 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법에 있어서, a) 다수의 수소연료전지 차량을 동시 충전하기 위한 터널 구조의 수소충전소에 수소를 충전하도록 수소연료전지 차량이 진입 및 정차하는 단계; b) 상기 터널 구조의 수소충전소의 양측 전면에 각각 설치된 결제단말을 통해 자동 결제하는 단계; c) 상기 터널 구조의 수소충전소의 진입로에 정차된 수소연료전지 차량을 컨베이어를 통해 각각의 수소충전기 위치로 이송시키는 단계; d) 상기 터널 구조의 수소충전소 내측 상부에 설치되어 자동회수가 가능한 수소충전호스를 통해 상기 수소연료전지 차량 각각에 수소를 충전하는 단계; 및 e) 수소 충전이 완료된 수소연료전지 차량이 출차되도록 상기 컨베이어를 통해 터널 구조의 수소충전소 외부로 이송시키는 단계; 및
f) 사용자 단말이 상기 터널 구조의 수소충전소의 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 감지하고, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 자동 모니터링하는 단계;를 포함하되, 상기 수소연료전지 차량은 터널 구조물을 드라이브 스루(Drive Thru) 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며, 상기 수소 저장탱크는 1일 수소 충전량 및 보유량을 무선으로 상기 사용자 단말에게 전송하고, 상기 사용자 단말은 상기 수소 저장탱크의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문하는 것을 특징으로 하도록 하게 된다.
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본 발명에 따르면, 터널 구조의 수소충전소를 형성함으로써 수소연료전지 차량의 터널 구조물의 내부 진입시 충전금액을 결제하고, 자동이동 방식으로 수소연료전지 차량을 이송시킴에 따라 연속적으로 수소연료전지 차량이 투입되어도 동시 수소 충전이 가능하며, 이에 따라 짧은 시간에 많은 수소연료전지 차량을 충전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수소저장탱크를 지하에 설치하고 수소저장탱크 및 수소충전기의 온도와 습도를 자동 모니터링함으로써 수소충전소 구조물 전체에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 터널 구조물의 천정 상부는 복수의 벌집 구조를 적층한 구조로 충격완화부재를 설치함으로써 수소충전소의 폭발사고 발생시 일종의 스크린 방식으로 파편의 비산을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수소충전소를 예시하는 사진이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 수소연료전지 차량의 주입구를 통해 수소를 충전하는 것을 예시하는 사진이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 연료전지 차량의 수소 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 수소 스테이션에 설치된 디스펜서와 수소 충전용 호스를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소가 폭발 압력을 흡수하는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 모니터링하는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[터널 구조의 수소충전소(100)]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소를 나타내는 정면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)는, 수소 저장탱크(110), 터널 구조물(120), 컨베이어(130), 수소충전기(140), 수소충전호스(150), 수소공급배관(160) 및 수소충전 결제단말(170)을 포함하여 구성된다.
수소 저장탱크(110)는 터널 구조의 수소충전소를 설치하기 위한 설치 부지에 형성된 지하공간 또는 지하실(A)에 설치되어 수소충전기(140)에 공급할 수소를 저장한다. 다시 말하면, 상기 수소 저장탱크(110)는 터널 구조의 수소충전소(100)의 지하로 이동 설치한다.
기존 수소충전소의 수소 저장탱크는 외부에 노출되어 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)는 지상공간을 활용할 수 있도록 터널 구조물(120)의 하부에 형성된 지하실(A)로 이동 설치하여 수소를 저장한다.
터널 구조물(120)은 다수의 수소연료전지 차량(300)이 드라이브 스루 방식으로 진입 및 진출할 수 있도록 상기 지하실(A)의 상부에 시공되며, 또한, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 역할을 한다.
컨베이어(130)는 상기 수소연료전지 차량(300)을 이송시키도록 상기 터널 구조물(120)의 내부 바닥면에 설치된다.
즉, 상기 수소연료전지 차량(300)은 수소 충전을 위해 상기 터널 구조물(120)의 진입로에 정차하여야 하므로, 상기 컨베이어(130)는 상기 수소연료전지 차량(300)을 수소 충전하기 위해서 상기 터널 구조물(120)의 내부로 이송시킨다.
수소충전기(140)는 상기 터널 구조물(120) 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량(300)에 수소를 충전하며, 또한, 상기 수소충전기(140)는 상기 터널 구조물(120)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 전술한 도 1에 도시된 바와 같이, 기존 수소충전소는 수소충전기가 1대이지만, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)는 적어도 2대 이상의 수소충전기(140)가 설치됨으로써 수소연료전지 차량(300)의 충전 효율을 증대시키고, 이에 따라, 수소충전소 직원 간 이동 동선을 분리하여 사고를 예방할 수 있다.
수소충전호스(150)는, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 상기 수소연료전지 차량(300)의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기(140)로부터 인출되며,
이때, 상기 수소충전호스(150)는 상기 수소연료전지 차량(300)의 수소충전 완료시 상기 수소충전기(140)로 자동으로 회수될 수 있다. 또한, 상기 수소충전호스(150)는 정전기 방지 섬유와 탄소섬유를 적용할 수 있다.
통상적으로, 수소는 정전기로도 발화할 수 있으므로, 상기 수소충전호스(150)는 정전기 방지섬유와 탄소섬유로 구성하는 것이 바람직하다.
수소공급배관(160)은, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 상기 수소 저장탱크(110) 및 수소충전기(140) 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크(110)에 저장된 수소를 상기 수소충전기(140)에 공급한다.
수소충전 결제단말(170)은, 도 7의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 수소연료전지 차량(300)이 진입하는 터널 구조의 수소충전소(100) 전면에 설치됨으로써, 상기 수소연료전지 차량(300)이 터널 구조의 수소충전소(100) 진입시 결제카드에 의해 자동결제가 이루어진다.
예를 들면, 터널 구조의 수소충전소(100)에 진입하는 수소연료전지 차량(300)의 운전자는 차량의 수소연료가 부족하다는 것을 인지한 상태에서 수소충전소를 방문하게 된다.
이때, 터널 구조 수소충전소(100) 진입시 운전자가 충전할 수소의 금액을 카드 또는 현금으로 선결제할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)는 드라이브-스루(Drive Thru) 방식의 수소충전 시스템으로서, 기존 수소충전소와 달리 대기 시간을 단축시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 터널 바닥은 자동세차기와 같은 자동이동 방식이 사용되며, 터널형은 말 그대로 이동장치가 터널식으로 되어 있으며 수소자동차를 기계가 이동시키면서 수소충전을 하는 방식이기 때문에 설치공간이 넓고 고가이지만 수소연료전지 차량(300)이 연속적으로 투입되어도 동시 수소 충전이 가능하며, 짧은 시간에 많은 수소연료전지 차량(300)을 충전할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소가 폭발 압력을 흡수하는 것을 예시하는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 터널 구조물(120) 상부에 벌집 구조의 충격흡수부재(180)를 적층 설치함으로써, 수소충전소 내 폭발사고 발생시 벌집 구조의 충격흡수부재(180)에 의해 폭발 충격을 흡수함으로써 터널 구조의 수소충전소(100) 주변에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
예를 들면, 상기 터널 구조의 수소충전소(100) 내부에서 폭발 발생 시 터널 구조물(120)의 입구 및 출구의 양방향으로 폭압을 분산시킴에 따라 수소충전소 주변에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 화재 및 폭발압력 발생 시 인명 및 구조물 피해를 최소화하는 방식으로서, 터널 천정 상부는 복수의 벌집 구조를 적층한 구조로 되어 있어 내부 폭발 압력 및 가스는 외부로 배출되지만, 철제 설비, 충전 호스 파편 등 수소충전소 내부 부품은 외부로 배출되지 않은 구조로 형성된다.
이에 따라, 터널 구조의 수소충전소 내의 폭발 사고 발생시 일종의 스크린 방식으로 파편의 비산을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 터널 구조물(120) 내측 벽체는 이산화탄소를 자동 분출하는 소화장치가 설치됨으로써 폭발로 인한 화재를 소화할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 터널 구조물(120) 내부에서 폭발시 발생하는 불꽃은 내측 벽체에 설치된 소화장치로터 이산화탄소를 신속하게 방출함으로써 진화를 실시할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 별도의 제어 로봇 없이 벽체에 매립하여 수소충전소 화재 발생 시 기존 모니터링 시스템에 설치된 센서가 화재를 감지하고, 벽면에서 이산화탄소 및 소방용 약제를 분사할 수 있다.
이때, 화재 발화 지점을 일정 부분 예상하고 있기 때문에 초기 화재 진압에 보다 유리하며, 수초 이내에 화재를 진압할 수 있다.
다시 말하면, 기존의 초기 화재 진압 방식으로는 수소 화재 발생시 초기 진압이 어렵기 때문에 잔존 가스가 모두 연소할 때까지 대기하는 방식이지만, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 소화 설비는 터널 벽면에 매립되어, 화재 발생시 수초 내에 소화약제를 분사하여 초기 화재진압에 유리하도록 설치된다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 모니터링하는 것을 예시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시에에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)는 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 모니터링할 수 있으며, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 유선 또는 무선으로 자동 모니터링함으로써 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)의 경우, 1일 수소 충전량 및 보유량이 휴대용 단말 또는 노트북 등의 사용자 단말(410)로 무선으로 전송될 수 있으며, 전용 데이터베이스(420)에 자동 저장됨으로써, 상기 수소 저장탱크(110)의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문할 수 있다.
이때, 상기 사용자 단말(410)은 측정일시 등의 이력관리 데이터를 바탕으로 지속적인 유지관리를 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소(100)에 따르면, 지하에 매립한 수소저장탱크(110) 및 수소충전기(140)의 온도, 습도 등을 자동 모니터링하는 방식으로 터널 구조의 수소충전소(100) 전체에 대한 안전성을 확보할 수 있다.
[터널 구조의 수소충전소의 시공 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 시공 방법은, 먼저, 터널 구조의 수소충전소(100) 설치 부지에 소정 깊이의 지하실을 형성한다(S110).
다음으로, 상기 터널 하부의 지하실에 수소 저장탱크(110) 및 수소 공급배관(160)을 설치한다(S120).
다음으로, 지상 공간에 터널 구조물(120)을 시공한다(S130). 여기서, 지상 공간에서 양측에 기초콘크리트 블록을 타설하여 형성한 후 기초콘크리트 블록 상에 아치 형태로 터널 구조물(120)을 시공할 수 있지만, 상기 수소연료전지 차량(300)이 진입 및 진출할 수 있는 구조라면 이에 국한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 터널 구조물(120) 내부 바닥에 수소연료전지 차량(300) 이송용 컨베이어(130)를 설치한다(S140).
다음으로, 상기 터널 구조물(120) 내측 양측면의 소정 위치에 각각 수소충전기(140) 및 수소충전호스(150)를 설치한다(S150).
여기서, 상기 수소충전기(140)는 터널 구조물(120)의 내측 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 수소충전호스(150)는 정전기 방지섬유와 탄소섬유로 구성되며, 상기 수소연료전지 차량(300)의 수소충전 완료시 상기 수소충전기(140)로 자동으로 회수될 수 있다. 이때, 상기 터널 구조물(120) 내벽에 소정 간격으로 소화시설을 설치할 수도 있다. 즉, 상기 터널 구조물(120)은 내측 벽체에 이산화탄소를 자동 분출하는 소화장치가 설치됨으로써 폭발로 인한 화재를 즉각적으로 소화할 수 있다.
다음으로, 상기 수소연료전지 차량(300)이 진입하는 터널 구조물(120) 양측 전면에 수소충전 결제단말(170)을 설치한다(S160).
또한, 상기 터널 구조물(120)은 상부에 벌집 구조의 충격흡수부재(180)를 적층 설치함으로써, 수소충전소 내 폭발사고 발생시 벌집 구조의 충격흡수부재(180)에 의해 폭발 충격을 흡수할 수 있다.
[터널 구조의 수소충전소의 충전 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법은, 먼저, 다수의 수소연료전지 차량(300)을 동시 충전하기 위한 터널 구조의 수소충전소(100)의 내부에서 수소를 충전하도록 수소연료전지 차량(300)이 진입 및 정차한다(S210).
다음으로, 상기 터널 구조의 수소충전소(100)의 양측 전면에 각각 설치된 수소충전 결제단말(170)을 통해 자동 결제한다(S220).
다음으로, 기 터널 구조의 수소충전소(100)의 진입로에 정차된 수소연료전지 차량(300)을 컨베이어(130)를 통해 각각의 수소충전기 위치로 이송시킨다(S230).
다음으로, 상기 터널 구조의 수소충전소(100) 내측 상부에 설치되어 자동회수가 가능한 수소충전호스(150)를 통해 상기 수소연료전지 차량(300) 각각에 수소를 충전한다(S240).
다음으로, 수소 충전이 완료된 수소연료전지 차량(300)이 출차되도록 상기 컨베이어(130)를 통해 터널 구조의 수소충전소(100) 외부로 이송시킨다(S250).
이때, 사용자 단말(410)이 상기 터널 구조의 수소충전소의 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 감지하고, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 자동 모니터링할 수 있다.
예를 들면, 상기 수소 저장탱크(110)는 1일 수소 충전량 및 보유량을 무선으로 상기 사용자 단말(410)에게 전송하고, 상기 사용자 단말(410)은 상기 수소 저장탱크(110)의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 터널 구조의 수소충전소를 형성함으로써 수소연료전지 차량의 터널 구조물의 내부 진입시 충전금액을 결제하고, 자동이동 방식으로 수소연료전지 차량을 이송시킴에 따라 연속적으로 수소연료전지 차량이 투입되어도 동시 수소 충전이 가능하며,
이에 따라 짧은 시간에 많은 수소연료전지 차량을 충전할 수 있고, 또한, 수소저장탱크를 지하에 설치하고 수소저장탱크 및 수소충전기의 온도와 습도를 자동 모니터링함으로써 수소충전소 구조물 전체에 대한 안전성을 확보할 수 있으며, 또한, 터널 구조물의 천정 상부는 복수의 벌집 구조를 적층한 구조로 충격완화부재를 설치함으로써 수소충전소의 폭발사고 발생시 일종의 스크린 방식으로 파편의 비산을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 터널 구조의 수소충전소 200: 지반
300: 수소차량(수소연료전지 차량)
110: 수소 저장탱크 120: 터널 구조물
130: 컨베이어 140: 수소충전기
150: 수소충전호스 160: 수소공급배관
170: 수소충전 결제단말 180: 충격흡수부재
191: CCTV 192: 중계기
410: 사용자 단말 420: 데이터베이스

Claims (10)

  1. 수소충전소를 설치하기 위한 설치 부지에 형성된 지하공간 또는 지하실(A)에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크(110);
    다수의 수소연료전지 차량(300)이 진입 및 진출할 수 있도록 상기 지하실(A)의 상부에 시공되며, 수소충전소에서 폭발이 발생할 경우 충격을 흡수하는 터널 구조물(120);
    상기 수소연료전지 차량(300)을 이송시키도록 상기 터널 구조물(120)의 내부 바닥면에 설치되는 컨베이어(130);
    상기 터널 구조물(120) 내부의 양측면에 각각 적어도 하나 이상 설치되어 상기 수소연료전지 차량(300)에 수소를 충전하는 수소충전기(140);
    상기 수소연료전지 차량(300)의 주입구를 통해 수소를 충전할 수 있도록 상기 수소충전기(140)로부터 인출되는 수소충전호스(150); 및
    상기 수소 저장탱크(110) 및 수소충전기(140) 사이에 설치되며, 상기 수소 저장탱크(110)에 저장된 수소를 상기 수소충전기(140)에 공급하는 수소공급배관(160)을 포함하되,
    상기 수소연료전지 차량(300)은 상기 터널 구조물(120)을 드라이브 스루(Drive Thru) 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며,
    터널 구조의 수소충전소에 수소충전소의 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 감지하고, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 자동 모니터링하는 사용자 단말(410)이 포함되어, 수소 저장탱크(110)는 1일 수소 충전량 및 보유량을 무선으로 상기 사용자 단말(410)에게 전송하고, 상기 사용자 단말(410)은 상기 수소 저장탱크(110)의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문하는 것을 특징으로 하는 터널 구조의 수소충전소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 충전기(140)는 상기 터널 구조물(120)의 내측 상부에 설치되며,
    상기 터널 구조물(120)은 내측 벽체에 이산화탄소를 자동 분출하는 소화장치가 설치됨으로써 폭발로 인한 화재를 즉각적으로 소화하는 것을 특징으로 하는 터널 구조의 수소충전소.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소충전호스(150)는 정전기 방지섬유와 탄소섬유로 구성되며, 상기 수소연료전지 차량(300)의 수소충전 완료시 상기 수소충전기(140)로 자동으로 회수되며,
    상기 터널 구조물(120)은 상부에 벌집 구조의 충격흡수부재(180)를 적층 설치함으로써, 수소충전소 내 폭발사고 발생시 벌집 구조의 충격흡수부재(180)에 의해 폭발 충격을 흡수하는 것을 특징으로 하는 터널 구조의 수소충전소.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소연료전지 차량(300)이 터널 구조의 수소충전소(100) 진입시 결제카드에 의해 자동결제가 이루어지도록 상기 수소연료전지 차량(300)이 진입하는 터널 구조의 수소충전소(100) 전면에 설치되는 수소충전 결제단말(170)을 추가로 포함하는 터널 구조의 수소충전소.
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  8. 수소충전소를 설치하기 위한 설치 부지에 형성된 지하공간 또는 지하실(A)에 설치되어 수소를 저장하는 수소 저장탱크(110)를 이용한 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법에 있어서,
    a) 다수의 수소연료전지 차량(300)을 동시 충전하기 위한 터널 구조의 수소충전소(100)에 수소를 충전하도록 수소연료전지 차량(300)이 진입 및 정차하는 단계;
    b) 상기 터널 구조의 수소충전소(100)의 양측 전면에 각각 설치된 수소충전 결제단말(170)을 통해 자동 결제하는 단계;
    c) 상기 터널 구조의 수소충전소(100)의 진입로에 정차된 수소연료전지 차량(300)을 컨베이어(130)를 통해 각각의 수소충전기 위치로 이송시키는 단계;
    d) 상기 터널 구조의 수소충전소(100) 내측 상부에 설치되어 자동회수가 가능한 수소충전호스(150)를 통해 상기 수소연료전지 차량(300) 각각에 수소를 충전하는 단계;
    e) 수소 충전이 완료된 수소연료전지 차량(300)이 출차되도록 상기 컨베이어(130)를 통해 터널 구조의 수소충전소(100) 외부로 이송시키는 단계; 및
    f) 사용자 단말(410)이 상기 터널 구조의 수소충전소의 배관 압력, 온도 및 습도를 유선 또는 무선으로 감지하고, 수소충전 설비에 대한 모든 정보를 자동 모니터링하는 단계;를 포함하되,
    상기 수소연료전지 차량(300)은 터널 구조물(120)을 드라이브 스루(Drive Thru) 방식으로 진입 및 진출하면서 동시에 수소 충전이 가능하며,
    상기 수소 저장탱크(110)는 1일 수소 충전량 및 보유량을 무선으로 상기 사용자 단말(410)에게 전송하고, 상기 사용자 단말(410)은 상기 수소 저장탱크(110)의 1일 수소 충전량 및 보유량을 확인함으로써 기설정량 이하가 되면 신속하게 수소 공급처에 추가 주문하는 것을 특징으로 하는 터널 구조의 수소충전소의 충전 방법.
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